imx51 ROM boot code 启动分析

启动模式

mx51支持四种启动模式，这些模式的选择是通过IC package上的焊点来决定的（BOOT_MODE 0/1），在reset后会采样这两个焊点，然后把他们的状态保存到SRC Boot Mode Register(SBMR) 寄存器。焊点连接到地对应logic 0，对于logic 1，freescale推荐使用NVCC_PER3

四种启动模式分别为: internal, reserved, internal boot with fuses 以及通过USB/UART的serial boot

Internal Boot (BMODE == 00)

在这种模式下处理器从internal ROM启动，启动代码执行HW初始化，然后跳转到AP image.

在internal Boot模式下，启动流程是由eFUSE设置或者GPIO管脚来控制的，这两个控制的选择是通过GPIO Boot Select(GPIO_BT_SEL)焊点控制的：

1 如果GPIO_BT_SEL被烧写过，所有的启动选项由eFUSE来控制，boot ROM代码通过IIM module读取eFUSEs

2 如果BPIO_BT_SEL没有被动过，那么启动选项是由SBMR寄存器的设置决定的，一些fuse选项可能在这种mode下被覆盖。覆盖是通过GPIO管脚来控制的，如果是YES，那么选项值就通过读取SBMR register 来获取

Internal Boot - ROM Select (BMODE == 10)

这种模式和Internal boot BOOT_MODE[1:0] == 00 的区别是10模式忽略GPIO覆盖，也就是不管GPIO_BT_SEL设置，启动过程使用eFUSE启动设置。这种模式主要用在量产设备上，不需要GPIO的上拉下拉，以及在产品级设备上由于boot pin值不正确导致serial downloader调用

在这种模式下，启动流程如果发现BT_BLANK没有被烧写过（表示ROM还没有被烧写过），那么直接跳转到serial downloader，如果BT_BLANK被烧写过，则正常的启动流程，并且使用eFUSE设置。

在板子第一次使用时，fuses还没有被烧写，如果使用internal boot模式BMOD==00，此时连接到BT GPIO pads上的值被使用，但是这些值可能并不是系统需要的，ROM code错误的使用了这些值，可能会导致这些pads的electrical/logic损坏。internal boot模式BMOD==10可以解决这个问题，如果BT_BLANK fuse没有被烧写过，启动过程跳转到serial downloader，而下一次BT_BLANK被烧写后ROM code则执行正常的启动流程。

Boot eFUSE 描述

mx51 boot eFUSE是启动流程的配置参数，包括

DIR_BT_DIS 直接external memory启动使能

BT_MEM_CTL[1:0] 启动memory类型控制：可支持WEIM，NAND flash以及扩展设备类型，BT_MEM_TYPE[1:0]定义了这些扩展设备设置

BT_PAGE_SIZE[1:0]: 定义NAND flash的page size，这个设置对应BT_MEM_CTL里面的NAND flash 类型

BT_SPARE_SIZE 定义4KByes page大小NAND flash的spare bytes，需要BT_MEM_CTL设置为NAND flash并且BT_PAGE_SIZE为4KB

BT_BUS_WIDTH[1:0] 定义NAND/NOR总线宽度

BT_MEM_TYPE BT_MEM_CTL定义的是大的memory类型，BT_MEM_TYPE对相应的类型又给出了更细的分类

BT_SRC[1:0] 定义了扩展设备类型的来源: eSDHC 1/2/3/4; I2C 1/2, HS-I2C; CSPI, eCSPI1/2

BT_WEIM 选择WEIM muxed模式

BT_UART_SRC 选择serial downloads使用的UART controller

BT_MLC_SEL SLC/MLC NAND 设备选择；或者eMMC fast boot mode 使能

....

GPIO Boot 覆盖

一些fuse设置可以被GPIO覆盖，当GPIO_BT_SEL被设置为0并且BOOTM[1:0] == 00时，GPIO覆盖生效

Serial Downloader(BMOD[1:0] == 11)

当外部flash device没有写入程序，或者在启动过程中碰到了失败，boot过程会调用serial downloader。

以下情况会调用serial downloader:

1 BMOD[1:0] == 11(serial downloader mode)

2 BMOD[1:0] == 10(internal boot with fuses) 并且eFuse_BT_BLANK=0

3 BMOD[1:0] == 10 (internal boot with fuses) 但是fuses没有正确的设置

4 BMOD[1:0] == 00 或者 10(internal or internal boot with fuses)，并且Flash device上没有有效image

5 Security hardware failure

6 运行时异常发生

7 在产品模式下HAB函数返回错误

启动总结

从上面可以看出，在系统进入uboot前，imx51实际上要执行一段内部代码ROM boot code，

1. ROM boot code会读取eFUSE以及boot GPIO来获取启动配置参数，这些配置参数决定了uboot代码的存储位置，存储layout，物理位置等等。

2. 在执行uboot代码前，系统已经初始化好了部分系统时钟，内部ram，flash主机控制器，SD卡控制器以便从外部存储读取部分uboot到外部ram中(至于是ROM code初始化的 还是系统上电缺省初始化好的，就不做深究了)

3. iMX51的内部ram只有128KB，是无法装载整个uboot的，所以ROM boot code会把uboot最前面的部分读取出来放到内部ram（对于SD卡，boot ROM会读取SD设备的前2Kbytes数据到iram），并且把指针指向这个内部地址执行uboot的前一部分，这部分代码会初始化外部ram。

4. uboot的前半部分会做基本的初始化，并且把后半部分读入外部ram中，然后跳转到第二部分uboot的地址执行

因此uboot本身必须分为两个部分，前面部分由固化的ROM code装载到内部RAM，后一部分由uboot前一部分负责装载。如何确保前半部分包含必要的初始化代码，可以参考u-boot.lds链接脚本，这个脚本会把必要的代码放在uboot镜像的最前面。

下图是IMX51的internal ROM/RAM map图，internal ROM是用来保存mx51固化的boot code，internal RAM在boot过程中则用来装载uboot的前一部分。